SU1709443A1

SU1709443A1 - Slot ring aerial

Info

Publication number: SU1709443A1
Application number: SU904781328A
Authority: SU
Inventors: Любовь Михайловна Лобкова; Александр Георгиевич Бадалов; Леонид Игоревич Калюжный; Юрий Петрович Михайлюк; Валентин Васильевич Смагин; Геннадий Валентинович Ступаков
Original assignee: Севастопольский Приборостроительный Институт
Priority date: 1990-01-11
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1992-01-30

Abstract

Изобретение относитс к антенной технике, а именно к маловыступающим антеннам. Цель изобретени ^- расширение рабочего диапазона частот и уменьшение размеров. Щелева кольцева антенна содержит горизонтальный провод щий экран, в котором выполнена кольцева щель, кольцевой резонатор, присоединенный концентричное ней снизу к горизонтальному провод щему экрану и имеющий сплошную нижнюю стенку/сквозь отверсти в которойвнутрь кольцевого резонатора.введены возбуждающие элементы, выполненнь1е в виде • провод щих дисков, которые размещены на окружности с равными угловыми интервалами и соединены отрезками коаксиального кабел равной электрической длины с выходами делител мощности, вход которого вл етс входом щелевой кольцевой антенны. При этом размеры кольцевого резонатора, кольцевой щели и провод щих дисков, а также их взаимное расположение выбраны из предлагаемых в формуле изобретени соотношений. Выполнение возбуждающих элементов в виде провод щих дисков, которые образуют с горизонтальным провод щим экраном конденсаторы, включенные последовательно с входом антенны, обеспечивает малое изменение входного импеданса антенны при изменении частоты, расширение рабочего диапазона частот. Увеличение числа провод щих дисков позвол ет повысить равномерность ДН в плоскости горизонтального экрана. 1 ил.^слсИзобретение относитс к антенной технике и может быть использовано, например. 8 качестве широкополосного слабовыступающего антенного устройству в cиcteмax св зи, навигации ультракоротковолнового диапазона радиоволн.Известны щелевые антенны, содержащие кольцевую щель, коаксиальный фидер и элемент возбуждени , выполненный в виде либо коаксиальной, ибо конической, либо., радиальной линии передачи.Недостатки таких антенн а»дключаютсй в узкой полосе частот, больших габаритныхразмерах как в плоскости щели, так и в перпендикул рной плоскости.Наиболее близкой к предлагаемой вл етс щелева кольцева антенна, содержаща кольцевую щель в горизонтальном экране, причем к горизонтальному экрану снизу присоединен тороидальный резонатор со сплошной нижней стенкой, возбуждающие штыри, расположенные равномерно по окружности кольцевого резонатора и соединенные отрезками коаксиального кабел равной электрической длины с соответствующими выходами делител мощности, при этом вход делител V4 О Ю4Ь. 4Ь^ Ы>&The invention relates to antenna technology, namely to low-projection antennas. The purpose of the invention ^ is the expansion of the working frequency range and reduction in size. The slit annular antenna contains a horizontal conductive screen, in which an annular slot is made, an annular resonator attached concentrically to it from below to a horizontal conductive screen and having a solid bottom wall / through holes in which inside the annular resonator. Exciting elements are inserted, made in the form of conductive disks that are placed on a circle with equal angular intervals and are connected by segments of a coaxial cable of equal electrical length to the outputs of a power divider nd is an annular entrance slit of the antenna. The dimensions of the ring resonator, the annular gap and the conductive disks, as well as their mutual arrangement, are chosen from the ratios proposed in the claims. The implementation of the excitation elements in the form of conductive disks, which form capacitors connected in series with the antenna input with a horizontal conductive screen, provides a small change in the input impedance of the antenna as the frequency changes, extending the operating frequency range. An increase in the number of conductive disks makes it possible to increase the uniformity of the DN in the plane of the horizontal screen. 1 ill. ^ Invention relates to antenna technology and can be used, for example. 8 as a broadband weakly speaking antenna device in communication systems, ultra-shortwave navigation, radio waves. Slot antennas containing an annular gap, a coaxial feeder and an excitation element made in the form of either a coaxial, for conical, or. Radial transmission line are known. The disadvantages of such antennas "In a narrow frequency band, larger overall dimensions, both in the slot plane and in the perpendicular plane. The closest to the proposed one is a slit ring antenna containing An annular gap in a horizontal screen, with a toroidal resonator with a solid bottom wall attached to the horizontal screen, exciting pins evenly spaced around the circumference of the ring resonator and connected by coaxial cable of equal electrical length with corresponding outputs of the power divider, while the input of the divider V4 О Ю4Ь. 4b ^ b > &

Description

мощности соединен с коаксиальным фидером , вл ющимс входом антенны.power is connected to a coaxial feeder, which is the input of the antenna.

Однако указанна антенна обладает большими размерами в плоскости щели средний радиус щели го имеет величинуHowever, this antenna is large in the slot plane; the average radius of the slit is

го (0.6...0.7} Амакс.Go (0.6 ... 0.7} Amaks.

где Я макс наибольша длина волны частотного диапазона.where I max the maximum wavelength of the frequency range.

Кроме того, антенна обладает малым частотным диапазоном, имеет величину коэффициента бегущей волны (КБВ) 0,7 в диапазоне частот (156-162) МГц, т.е. вл етс узкополосной.In addition, the antenna has a small frequency range, has a traveling-wave ratio (KBV) of 0.7 in the frequency range (156-162) MHz, i.e. is narrowband.

Целью изобретени вл етс уменьшение размеров в плоскости щели и расширение частотного диапазона щелевой кольцевой антенны.The aim of the invention is to reduce the size in the slit plane and expand the frequency range of the slot antenna.

Поставленна цель достигаетс тем, что в щелевой кольцевой антенне, содержащей кольцевую щель в горизонтальном экране, причем к горизонтальному экрану соосно снизу присоединен тороидальный резонатор со сплошной нижней стенкой, возбуждающие элементы, расположенные равномерно по окружности кольцевого резонатора и соединенные отрезками коаксиального кабел равной электрической длины с соответствующими выходами делител мощности, при этом вход делител мощности соединен с коаксиальным фидером , вл ющимс входом антенны, возбуждающие элементы выполнены в виде провод щих дисков, соединенных с центральными проводниками отрезков коаксиального кабел , при этом диаметр di и диаметр Й2 внутреннего и внешнего цилиндров соответственно, высота hp тороидального резонатора, диаметр диска возбуждающих элементов йд, диаметр окружности , по которой расположены возбуждающие элементы do, радиус щели го, высота возбуждающих элементов Ьэ. выбраны мз соотношений: ,13A; ,026A ; ,02A ,03A ,09A ; ,047А ; ,002 A , где A - наибольша длина рабочей волны.The goal is achieved by the fact that in a slotted annular antenna containing an annular gap in a horizontal screen, a toroidal resonator with a solid bottom wall coaxially attached below the horizontal screen, exciting elements arranged uniformly around the circumference of the annular resonator and connected by segments of coaxial cable of equal electrical length corresponding outputs of the power divider, while the input of the power divider is connected to a coaxial feeder, which is the antenna input, exciting The elements are made in the form of conductive disks connected to the central conductors of the coaxial cable, the diameter di and diameter 22 of the inner and outer cylinders, respectively, hp height of the toroidal resonator, the diameter of the drive of excitatory elements, and the diameter of the circle along which the excitation elements do , the radius of the slit, th, the height of the exciting elements Le. selected mz ratios:, 13A; , 026A; , 02A, 03A, 09A; , 047A; , 002 A, where A is the longest working wavelength.

На чертеже представлена структурна схема предлагаемой щелевой кольцевой антенны .The drawing shows a structural diagram of the proposed slot ring antenna.

Щелева кольцева антенна содержит кольцевую щель 1 в горизонтальном экране, тороидальный резонатор 2 со сплошной нижней стенкой, возбуждающие элементы 3 в виде провод щих дисков, отрезки 4 коаксиального кабел равной электрической длины, делитель 5 мощности, коаксиальный фидер 6, высокочастотный разъем 7, фланец 8 дл креплени на металлическом корпусе 9, плоский диэлектрический обтекатель 10.The slit annular antenna contains an annular slit 1 in a horizontal screen, a toroidal resonator 2 with a solid bottom wall, exciting elements 3 in the form of conductive disks, lengths 4 coaxial cables of equal electrical length, power divider 5, coaxial feeder 6, high-frequency connector 7, flange 8 for fastening on a metal housing 9, a flat dielectric fairing 10.

К кольцевой щели 1 в горизонтальном экране соосно снизу присоединен тороидальный резонатор 2 со сплошной нижней стенкой. Возбуждающие элементы 3 в видеA toroidal resonator 2 with a continuous bottom wall is coaxially attached to the annular gap 1 in a horizontal screen. Exciting elements 3 in the form

провод щих дисков расположены равномерно по окружности тороидального резонатора 2 и присоединена к центральным проводникам отрезков 4 коаксиального кабел равнрй электрической длины, которыеconductive disks are evenly spaced around the circumference of the toroidal resonator 2 and connected to the central conductors of the coaxial cable sections 4 of equal electric length, which

соединень с соответствующими выходами делител S мощности. Вход делител 5 мощности через .коаксиальный фидер 6 соеди,кен с высокочастотным разъемом 7, вл ющимс входом щелевой кольцевой антенны . К тороидальному резонатору 2 присоединен фланец 8 дл креплени на металлическом корпусе 9, Плоский диэлектрический обтекатель 10 присоединен параллельно к кольцевой щели 1 вConnect to the corresponding power splitter outputs. The input of the power divider 5 through the coaxial feeder 6 connects the ken with the high-frequency connector 7, which is the input of the slotted ring antenna. A flange 8 is attached to the toroidal resonator 2 for fastening on the metal case 9. The flat dielectric fairing 10 is connected in parallel to the annular gap 1 in

горизонтальном экране. Диаметр di внутреннего цилиндра тороидального резонатора равен di 0,026 А , диаметр d2 внешнего цилиндра тороидального резонатора ,l3 А .Высота hp тороидального резонатора hp 0.02 А , диаметр do окружности, по которой расположены возбуждающие элементы, равен do 0,09А , диаметр dfl диска возбуждающих элементов dg О.ОЗА . Радиус Го кольцевой щели в горизонтальном экране Гр 0.047 А , высота Нэ возбуждающих элементов ha 0,002А .horizontal screen. The diameter di of the inner cylinder of the toroidal resonator is di 0.026 A, the diameter d2 of the outer cylinder of the toroidal resonator, l3 A. The height hp of the toroidal resonator hp 0.02 A, the diameter do of the circle along which the exciter elements are equal to do 0.09 A, the diameter of the exciter disk dfl dg O. OZA. The radius of Guo of the annular gap in the horizontal screen is Gy 0.047 A, the height Ne of the excitation elements ha 0.002A.

Щелева кольцева антенна в режиме, например, излучени работает следующим образом.The slit ring antenna in the mode of, for example, radiation works as follows.

ТЕМ-волна от входа щелевой кольцевой антенны, котррым служит высокочастотный разъем 7. по коаксиальному фидеру 6 распростран етс к делителю 5 мощности, где распредел етс с одинаковыми амплитудами и фазами по отрезкам 4 коаксиального кабел равной электрической длины к возбуждающим элементам 3 в виде провод щих дисков. Высокочастотные колебани тока в возбуждающих элементах 3 в видеThe TEM-wave from the input of the slotted ring antenna, which serves as a high-frequency connector 7. Coaxial feeder 6 propagates to power divider 5, where it is distributed with identical amplitudes and phases along sections 4 of coaxial cable of equal electrical length to exciting elements 3 in the form of conductive drives. High-frequency oscillations of the current in the excitation elements 3 in the form

провод щих дисков возбуждают синфазное радиальное электромагнитное поле в кольцевой щели Т и синфазные радиальные токи на внутренней поверхности тороидального резонатора 2 и на внешней поверхности гориэонтального экрана, который образован металлическим корпусом 9, фланцем 8 и частью экрана, расположен1-{ого внутри отверсти кольцевого резонатора. При этом происходит излучение электромагнитных волн линейной пол ризации.Conductive discs excite an in-phase radial electromagnetic field in an annular gap T and in-phase radial currents on the inner surface of the toroidal resonator 2 and on the outer surface of the horizontal screen, which is formed by a metal case 9, a flange 8 and a part of the screen located 1 inside the hole of the ring resonator. When this occurs, the emission of electromagnetic waves of linear polarization.

Диаграмма направленности (ДН) излучени имеет минимум в направлении оси OZ, перпендикул рной горизонтальному экрану , а вектор Е содержит только одну составл ющую по пол рной координате в . Увеличение числа возбуждающих элементов 3 в виде провод щих дисков, расположенных равномерно по окружности тороидального резонатора 2, позвол ет получить большу1й равномерность ДН в плоскости , параллельной плоскости горизонтального экрана.The radiation pattern (DF) of the radiation has a minimum in the direction of the axis OZ, which is perpendicular to the horizontal screen, and the vector E contains only one component in the polar coordinate c. An increase in the number of exciting elements 3 in the form of conductive disks, which are evenly spaced around the circumference of the toroidal resonator 2, makes it possible to obtain a large uniformity of DN in a plane parallel to the plane of the horizontal screen.

Применение возбуждающих злементов 3 в виде провод щих дисков позвол ет использовать в предлагаемой кольцевой щелевой антенне кольцевую щель 1 в горизонтальном экране электрически малого среднего радиуса. При использовании в щелевой кольцевой антенне кольцевой щели с электрически малым средним радиусом и возбуждении антенны либо непосредственным подключением коаксиального фидера (или коаксиальных фидеров) к зазору кольцевой щели, либо возбуждении с помощью возбуждающих элементов штыревого типа невозможнообеспечить широкий частотный диапазон возбуждени антенны с приемлемым уровнем согласовани , поскольку входной импеданс антенны в этих случа х имеет малую величину активной части и большую величину реактивной части, причем отрицательной реактивности, т.е. емкостного характера.The use of excitation elements 3 in the form of conductive disks allows the annular slit antenna 1 to be used in an annular slot 1 in a horizontal screen of an electrically small medium radius. When using an annular gap with an electrically small medium radius in a slotted antenna, either exciting the antenna by directly connecting a coaxial feeder (or coaxial feeders) to the gap of the annular gap, or excitation using pin-type excitation elements it is impossible to provide a wide frequency range of antenna excitation with an acceptable level of matching, since the input impedance of the antenna in these cases has a small value of the active part and a large value of the reactive part, and meaningful reactivity, i.e. capacitive nature.

Известны способы компенсации реактивной составл ющей входного импеданса лутем включени сосредоточенных реактивных элементов соответствующего характера (в рассматриваемом случае последовательного включени емкостных элементов, либо параллельного, включени индуктивных элементов). Однако в этих случа х обеспечиваетс относительно малый частотный диапазон согласовани антенны с приемлемым уровнем, а также существенно ухудшаетс электрическа прочность антенны и способность выдерживать значительные механические воздействи .Methods are known for compensating the reactive component of the input impedance by incorporating lumped reactive elements of a corresponding nature (in the case under consideration, the sequential connection of capacitive elements, or parallel, of inductive elements). However, in these cases, a relatively small frequency range of matching the antenna with an acceptable level is provided, and the electrical strength of the antenna and the ability to withstand significant mechanical effects are significantly impaired.

Конденсаторы, образованные возбуждающими элементами 3 в виде провод щих, дисков и горизонтальным экраном, вл ютс элементами с распределенными параметрами , причем величина емкости этих конденсаторов зависит от частоты возбуждени антенны. Эти конденсаторы включены последовательно с входом антенны и при изменении частоты возбуждени входной импеданс антенны измен етс в малых пределах, тем самым обеспечиваетс реж-им широкополосного возбуждени антенны . The capacitors formed by the excitation elements 3 in the form of conductive, disks and a horizontal screen are elements with distributed parameters, and the capacitance of these capacitors depends on the frequency of excitation of the antenna. These capacitors are connected in series with the input of the antenna, and as the excitation frequency changes, the input impedance of the antenna varies within small limits, thereby providing a broadband excitation antenna.

Таким образом предлагаема щелева кольцева антенна имеет широкий частотный диапазон и малые размеры в плоскости щели по сравнению с устройством-прототипом , что достигаетс использованием возбуждающих элементов в виде провод щихThus, the proposed slit ring antenna has a wide frequency range and small dimensions in the slit plane as compared with the prototype device, which is achieved by using excitation elements in the form of conductive

дисков присоединенных к центральным проводникам отрезков коаксиального кабел .discs attached to the central conductors of coaxial cable segments.

При использовании изобретени улучшаютс массогабаритные параметры предлагаемой антенны, поскольку уменьшение размеров конструкции в плоскости щели уменьшает затраты на материалы при изготовлении антенны, что расшир ет область возможного применени антенны, поскольку по вл етс возможность использовани антенны на малых подвижных обьектах. Расширение частотного диапазона предлагаемой антенны по сравнению с устройством-прототипом .обеспечиваетWhen using the invention, the weight and size parameters of the proposed antenna are improved, since reducing the size of the structure in the slot plane reduces material costs in the manufacture of the antenna, which expands the area of possible use of the antenna, since it becomes possible to use the antenna on small moving objects. The expansion of the frequency range of the proposed antenna in comparison with the device-prototype. Provides

возможность применени одной предлагаемой антенны взамен нескольких антенн, перекрывающих такой же частотный диапазон, либо взамен известных совмещенных антенн, которые гораздо сложнееpossibility of using one proposed antenna instead of several antennas overlapping the same frequency range, or replacing the known combined antennas, which are much more complicated

предлагаемой антенны в конструктивном исполнении и имеют большую стоимость. Ф о р м у л а и 3 о б р ет е н и Щелева кольцева антенна, содержаща горизонтальный провод щий экран, вThe proposed antenna design and have a great value. Fo rumula and 3 a bout e n and the slit ring antenna, containing a horizontal conductive screen, in

которой выполнена кольцева щель, кольцевой резонатор, присоединенный концентрично с ней снизу к горизонтальному провод щему экрану и имеющий сплошную нижнюю стенку, сквозь отверсти в которойwhich has an annular slot, an annular resonator attached concentrically with it to the bottom to a horizontal conducting screen and having a solid bottom wall through which holes

внутрь кольцевого резонатора введены возбуждающие элементы, размещенные на окружности с равными угловыми интервалами и соединенные отрезками коаксиального кабел равной электрической длины с выходами делител мощности, вход которого вл етс входом щелевой кольцевой антенны, отличающа с тем, что, с целью расширени рабочего диапазона частот и уменьшени размеров, возбуждающие элементы выполнены в виде провод щих дисков диаметров бц, установленных на высоте hg над нижней стенкой кольцевого резонатора , при этом внутренний di и внешний dz диаметры кольцевого резонатора, его высота hp, диаметр щели du, а также размеры и расположение провод щих дисков выбраны из соотношений ,026 А ,13 Амакс, .09 Амакс: ,094A ,03 Амакс;excitation elements placed on a circle with equal angular intervals and connected by segments of coaxial cable of equal electrical length to the outputs of a power divider whose input is an input of a slit ring antenna, which in order to extend the working frequency range and reduce dimensions, the exciting elements are made in the form of conductive disks of diameters bc mounted at a height hg above the bottom wall of the ring resonator, while the internal di and external s dz diameter ring resonator, the height hp, the diameter gap du, and the size and location of the conductive disks are selected from the relations, 026 A, 13 Amax, .09 Amax:, 094A, 03 Amax;

,02 Амакс; ,002 макс; где А макс максимальна длина волны рабочего диапазона: do - диаметр окружности, на которой расположены провод щие диски., 02 Amaks; 002 max; where A max is the maximum wavelength of the working range: do is the diameter of the circle on which the conductive disks are located.

Claims

Claim

A slotted ring antenna containing a horizontal conductive screen in which an annular slit is made, an annular resonator connected concentrically with it from below to the horizontal conductive screen and having a continuous lower wall, through which openings are introduced inside the ring resonator exciting elements placed on a circle with equal angular intervals and connected by segments of a coaxial cable of equal electrical length with the outputs of the power divider, the input of which is the input of the slotted annular Tennas, characterized in that, in order to expand the operating frequency range and reduce the size, the exciting elements are made in the form of conductive disks with diameters of the db installed at a height hg above the lower wall of the ring resonator, while the inner di and external bg are the diameters of the ring resonator, its height h _p , the diameter of the slit bsch, as well as the size and location of the conducting disks, are selected from the relations 61 = 0.026 λ; b2 = 0.13 Amax; bo ~ O. O9 Amax! bo = 0.094A max; Bd = 0.03 Amax! h _p = 0.02 / max; h _g = 0.002 max: where A max ~ maximum wavelength of the operating range; do ~ diameter of the circle on which the conductive disks are located.